考虑太阳辐射的寒区混凝土衬砌渠道冻害机理-长江科学院.PDF

　 第３３卷第６期 长　 江　 科　 学　 院　 院　 报 Ｖｏｌ．３３　 Ｎｏ．６　 　 　 　 ２ ０ １６ 年 ６ 月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｊｕｎ． ２ ０ １ ６　 　 － 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９８８／ ｃｋｙｙｂ ２０１６，３３（０６）：４１ ４６，５２ 考虑太阳辐射的寒区混凝土衬砌渠道冻害机理 １ １ ２ １ 杨晓松 ，杨保存 ，王正中 ，贺兴宏 （１．塔里木大学 水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔　 ８４３３００； ２．西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌　 ７１２１００） 摘　 要：针对太阳辐射作用下季节冻土区渠道衬砌冻害机理研究的局限性，从气象参数的角度，考虑辐射、气温、风 速等实际环境因素，结合原型观测资料，通过建立非稳态相变温度场有限元模型，对靖会总干渠混凝土衬砌渠道东 西走向段渠坡冻结期热状况及其与吸收的太阳辐射能之间的关系进行分析。 结果表明：渠基温度场的横向不对称 不均匀分布是季节冻土区渠道冻害的主要原因；渠坡日平均日照时长和日平均辐射总量呈横向不对称不均匀分 布；阴、阳坡渠基浅层（衬砌板下０．４ ｍ）平均温差与坡板平均太阳辐射量差呈多项式关系；渠基最大温差与深度呈 线性关系；太阳辐射吸收系数对渠基热交换影响较大，阴、阳坡板表面最大温差随着吸收系数的增大而线性增加； 吸收系数由０．６５增加至０．８时，阴、阳坡冻深分别减少２５％和３７％。 关键词：太阳辐射；混凝土衬砌渠道；气象参数；阴、阳坡；横向不对称；冻害机理 － － － 中图分类号：ＴＶ３；ＴＶ６；Ｓ２７　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１００１ ５４８５（２０１６）０６ ００４１ ０６ 各部位冻结和受冻害的程度也不相同。 这主要是由 于不同坡向、坡度的坡面及坡面各部位吸收太阳辐 １　 研究背景 射能量的时长和大小存在差异。 在季节冻土区的 在广大寒区，混凝土衬砌渠道冻害问题一直是 建、构筑物冻害机理及防冻胀研究中，研究者都已意 农田水利界关注的焦点。 混凝土衬砌渠道抗冻胀的 识到太阳辐射这一主要因素对土体冻结、冻害特征 研究成果主要集中在力学模型、数值模拟与原型、模 的影响，但是对于太阳辐射这一主要气象条件及其 ［１］ 型试验等几个方面。 如：王正中 基于法向冻胀力 作用下的渠基热状况的研究不多且缺乏深入探讨。 － 理论建立了多种断面渠道衬砌冻胀破坏力学模型； 西北农林科技大学课题组［９ １０］在研究中初步考虑了 ［２］ 申向东等 提出了混凝土预制板衬砌结构冻胀破 太阳辐射的作用，仅仅是将其转化为等效温度，将衬 － ［３ ５］ 坏力学模型；刘旭东等 模拟分析了混凝土衬砌